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Simulation of Quasi-Static Crack Propagation by Adaptive Finite Element Method
Metals ( IF 2.9 ) Pub Date : 2021-01-06 , DOI: 10.3390/met11010098 Abdulnaser M. Alshoaibi , Yahya Ali Fageehi
Metals ( IF 2.9 ) Pub Date : 2021-01-06 , DOI: 10.3390/met11010098 Abdulnaser M. Alshoaibi , Yahya Ali Fageehi
The finite element method (FEM) is a widely used technique in research, including but not restricted to the growth of cracks in engineering applications. However, failure to use fine meshes poses problems in modeling the singular stress field around the crack tip in the singular element region. This work aims at using the original source code program by Visual FORTRAN language to predict the crack propagation and fatigue lifetime using the adaptive dens mesh finite element method. This developed program involves the adaptive mesh generator according to the advancing front method as well as both the pre-processing and post-processing for the crack growth simulation under linear elastic fracture mechanics theory. The stress state at a crack tip is characterized by the stress intensity factor associated with the rate of crack growth. The quarter-point singular elements are constructed around the crack tip to accurately represent the singularity of this region. Under linear elastic fracture mechanics (LEFM) with an assumption in various configurations, the Paris law model was employed to evaluate mixed-mode fatigue life for two specimens under constant amplitude loading. The framework includes a progressive analysis of the stress intensity factors (SIFs), the direction of crack growth, and the estimation of fatigue life. The results of the analysis are consistent with other experimental and numerical studies in the literature for the prediction of the fatigue crack growth trajectories as well as the calculation of stress intensity factors.
中文翻译:
自适应有限元方法模拟准静态裂纹扩展
有限元方法(FEM)是研究中广泛使用的技术,包括但不限于工程应用中裂缝的增长。然而,不能使用精细的网格在建模奇异单元区域中裂纹尖端周围的奇异应力场方面存在问题。这项工作旨在使用Visual FORTRAN语言的原始源代码程序,通过自适应Dens网格有限元方法预测裂纹扩展和疲劳寿命。这个开发的程序包括根据先进的前端方法的自适应网格生成器,以及在线性弹性断裂力学理论下进行裂纹扩展模拟的预处理和后处理。裂纹尖端处的应力状态的特征在于与裂纹扩展速率相关的应力强度因子。四分之一点奇异元素围绕裂纹尖端构造,以准确表示该区域的奇异性。在线性弹性断裂力学(LEFM)下,采用各种配置进行假设,采用巴黎定律模型评估了在恒定振幅载荷下两个样本的混合模式疲劳寿命。该框架包括对应力强度因子(SIF),裂纹扩展方向和疲劳寿命估算的逐步分析。分析结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。在线性弹性断裂力学(LEFM)下,采用各种配置进行假设,采用巴黎定律模型评估了在恒定振幅载荷下两个样本的混合模式疲劳寿命。该框架包括对应力强度因子(SIF),裂纹扩展方向和疲劳寿命估算的逐步分析。分析结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。在线性弹性断裂力学(LEFM)下,采用各种配置进行假设,采用巴黎定律模型评估了在恒定振幅载荷下两个样本的混合模式疲劳寿命。该框架包括对应力强度因子(SIF),裂纹扩展方向和疲劳寿命估算的逐步分析。分析结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。裂纹扩展的方向,以及疲劳寿命的估算。分析的结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。裂纹扩展的方向,以及疲劳寿命的估算。分析结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。
更新日期:2021-01-06
中文翻译:
自适应有限元方法模拟准静态裂纹扩展
有限元方法(FEM)是研究中广泛使用的技术,包括但不限于工程应用中裂缝的增长。然而,不能使用精细的网格在建模奇异单元区域中裂纹尖端周围的奇异应力场方面存在问题。这项工作旨在使用Visual FORTRAN语言的原始源代码程序,通过自适应Dens网格有限元方法预测裂纹扩展和疲劳寿命。这个开发的程序包括根据先进的前端方法的自适应网格生成器,以及在线性弹性断裂力学理论下进行裂纹扩展模拟的预处理和后处理。裂纹尖端处的应力状态的特征在于与裂纹扩展速率相关的应力强度因子。四分之一点奇异元素围绕裂纹尖端构造,以准确表示该区域的奇异性。在线性弹性断裂力学(LEFM)下,采用各种配置进行假设,采用巴黎定律模型评估了在恒定振幅载荷下两个样本的混合模式疲劳寿命。该框架包括对应力强度因子(SIF),裂纹扩展方向和疲劳寿命估算的逐步分析。分析结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。在线性弹性断裂力学(LEFM)下,采用各种配置进行假设,采用巴黎定律模型评估了在恒定振幅载荷下两个样本的混合模式疲劳寿命。该框架包括对应力强度因子(SIF),裂纹扩展方向和疲劳寿命估算的逐步分析。分析结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。在线性弹性断裂力学(LEFM)下,采用各种配置进行假设,采用巴黎定律模型评估了在恒定振幅载荷下两个样本的混合模式疲劳寿命。该框架包括对应力强度因子(SIF),裂纹扩展方向和疲劳寿命估算的逐步分析。分析结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。裂纹扩展的方向,以及疲劳寿命的估算。分析的结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。裂纹扩展的方向,以及疲劳寿命的估算。分析结果与文献中有关疲劳裂纹扩展轨迹的预测以及应力强度因子的计算的其他实验和数值研究一致。